bab 1 sel

BAB I
SEL DAN SENYAWA-SENYAWA KIMIA

SEBAGAI DASAR KEHIDUPAN

Dra. Mimin Kusmiyati, M.Si.

PENDAHULUAN

Sel adalah unit terkecil dari suatu sistem kehidupan, unit structural, dan fungsional
dasar penyusun makhluk hidup. Setiap sel tersusun oleh membran sel dan sitoplasma yang
berisi organel-organel sel.

Menurut teori sel, semua makhluk hidup tersusun oleh satu atau lebih sel. Semua sel
berasal dari sel yang sudah ada sebelumnya. Semua fungsi vital organisme berlangsung di
dalam sel dan semua sel mengandung informasi genetik yang diperlukan untuk menjalankan
dan mengendalikan semua fungsi sel dan untuk menurunkan informasi genetik dari satu
generasi ke generasi berikutnya.

Berdasarkan jumlah sel penyusunnya, makhluk hidup dapat dibedakan menjadi
makhluk uniseluler dan multiseluler. Makhluk uniseluler adalah makhluk yang tubuhnya
hanya tersusun oleh satu sel, misalnya bakteri, ganggang hijau serta beberapa jenis protozoa
dan jamur mikroskopik. Makhluk multiseluler adalah makhluk yang tubuhnya tersusun dari
lebih satu sel, misalnya jamur, tumbuhan, hewan dan manusia.

Bab 1 ini berisi penjelasan tentang sel dan senyawa-senyawa kimia sebagai dasar
kehidupan. Hal pertama yang akan dijelaskan adalah struktur sel dan fungsi bagian-bagian
sel. Dengan mempelajari sel dan bagian-bagiannya diharapkan Anda dapat memahami
bahwa proses biokimia berlangsung di dalam sel karena sel berisi berbagai jenis molekul
penyusun tubuh makhluk hidup.

Secara umum, setelah mempelajari bab 1 ini, Anda diharapkan dapat menjelaskan
struktur sel dan fungsi bagian-bagian sel serta senyawa-senyawa kimia penyusun makhluk
hidup. Secara rinci, dengan mempelajari materi dalam bab 1 ini, Anda diharapkan dapat:
1. Menyebutkan struktur dan fungsi sel.
2. Menjelaskan jenis, ukuran, dan komponen kimia penyusun sel.
3. Menjelaskan struktur sel eukariota.
4. Menjelaskan struktur prokariota.
5. Menjelaskan tentang organel-organel sel dan fungsinya.

Untuk memfasilitasi proses belajar mandiri Anda, maka materi dalam bab 1 ini dikemas
dalam 2 (dua) topik, yaitu:
 Topik 1. Sel
 Topik 2. Senyawa Kimia Sebagai Dasar Kehidupan

1

 Biokimia 
Pemahaman Anda tentang sel ini akan lebih jelas dan lengkap jika sebelumnya Anda
sudah menguasai materi tentang biologi sel. Selanjutnya, materi yang Anda pelajari pada
bab 1 ini akan berguna bagi Anda terutama ketika Anda belajar tentang mata kuliah
biokimia dengan tahapan dari mulai sel, karbohidrat, protein, lipid, enzim, vitamin dan
mineral.

2

 Biokimia 

Topik 1
Sel

Sel penyusun makhluk hidup jika dilihat dari tingkat evolusinya terbagi ke dalam dua
kelompok besar yaitu sel prokariota dan sel eukariota. Perbedaan utamanya adalah pada inti
sel sejati, yaitu materi genetik yang tersimpan dalam satu struktur inti sel yang memiliki
membran. Sel memiliki jenis, ukuran, komponen kimia, struktur, dan kegunaan dari organel-
organelnya dalam mendukung proses metabolisme di dalam tubuh makhluk hidup.

Sel adalah bagian terkecil dari suatu sistem kehidupan, hal ini terlihat pada gambar
berikut ini :

Gambar 1.1 Sel
Sel juga merupakan satu unit dasar dari tubuh manusia di mana setiap organ
merupakan gregasi/ penyatuan dari berbagai macam sel yang dipersatukan satu sama lain
oleh sokongan struktur-struktur interselluler. Setiap jenis sel dikhususkan untuk melakukan
suatu fungsi tertentu. Misalnya sel darah merah yang jumlahnya 25 triliun berfungsi untuk
mengangkut oksigen dari paru-paru ke jaringan. Di samping sel darah merah masih terdapat
sekitar 75 triliun sel lain yang menyusun tubuh manusia, sehingga jumlah sel pada manusia
sekitar 100 triliun sel.

A. PERKEMBANGAN TEORI SEL

Sel pertama kali ditemukan oleh Robert Hooke (1635—1705) pada sel-sel irisan gabus
yang berbentuk „kamar-kamar kecil“ seperti penjara sehingga disebut “cella“ (kamar kecil).
Sejak ditemukan mikroskop oleh Anthony van Leewenhoek penelitian tentang sel
berkembang sangat pesat. Menjelang abad 20 banyak ditemukan berbagai struktur atau
bentukan di dalam sel. Beberapa ahli yang meneliti tentang sel di antaranya:

3

 Biokimia 

1. Schleiden (1840—1891) dan Schwan (1810—1882) yang menyatakan bahwa makhluk
hidup terdiri atas sel-sel. Sel merupakan unit struktural makhluk hidup.

2. Robert Brown (1813) menemukan nukleus dan menyatakan bahwa nukleus merupakan
bagian yang penting dari sel.

3. Felix Dujardin (1835), menyatakan bahwa bagian yang penting adalah cairan sel.
4. Johanes Purkinje (1787—1869) menemukan bahwa cairan sel adalah protoplasma.
5. Max Schultze (1825—1874) menyatakan bahwa protoplasma merupakan dasar fisik

kehidupan dan sel merupakan unit fungsional dari kehidupan.
7. Rudolf Virchow (1858) menyatakan ‘’omne cellula ex cellulae“, artinya sel berasal dari

sel sebelumnya.

Secara singkat sel adalah kesatuan struktural, fungsional, dan herediter yang terkecil;
semua organisme, tumbuhan, hewan, dan mikrobia terdiri dari sejumlah sel dengan
sekresinya; sel hanya berasal dari sel sebelumnya, setiap sel memiliki kehidupannya sendiri
di samping peranan gabungan di dalam organisme multisel.

B. KARAKTERISTIK SEL

1. Sel sangat kompleks dan terorganisasi
Kompleksitas sel sangat nyata tetapi sulit dijelaskan. Kompleksitas sel dapat
dianalogikan dengan keteraturan dan konsistensi keteraturan dan konsistensi sel dapat
dilihat dari organel-organel sel yang mempunyai struktur sendiri-sendiri dan adanya
interaksi antar bagian sel ataupun antar organel yang berperan untuk memelihara
ataupun operasional sistem sel.
Terorganisir merupakan karakteristik sel; dapat dilihat pada proses sintesis protein,
proses pembentukan energi kimia, pembentukan membran sel. Pada proses tersebut
terdapat kerja sama antar organel sel dan semua proses sangat terorganisir.

2. Sel mempunyai program genetik
Organisme dibangun berdasarkan informasi yang dikode dalam gen-gen. Gen bukanlah
sekedar tempat menyimpan informasi tetapi juga mengandung blueprint (cetakan)
untuk membentuk struktur sel dan mengatur aktivitas sel.

3. Sel membentuk dan menggunakan energi
Perkembangan dan pemeliharaan sel membutuhkan masukan energi yang konstan.
Energi cahaya diserap oleh pigmen fotosintetik yang terdapat pada sel, kemudian
cahaya tersebut akan dikonversi menjadi energi kimia. Pada hewan energi telah
dikemas berupa glukosa, pada manusia glukosa dilepaskan oleh hati ke aliran darah.

4. Sel mampu menghasilkan berbagai macam reaksi kimia
Reaksi kimia yang terjadi di dalam sel sering disebut metabolisme. Metabolisme adalah
suatu proses pengubahan molekul- molekul kompleks menjadi molekul-molekul kecil
atau sebaliknya.

4

 Biokimia 

5. Sel mampu melakukan aktivitas mekanik
Sel adalah tempat aktivitas mekanik, di mana bahan atau molekul diangkut dari satu
tempat ke tempat lain, baik di dalam sel atau antar sel.

6. Sel mampu merespon stimulus
Pada sel protista misalnya bakteri mampu bergerak ke arah sumber nutrisi.
Pada organisme multiseluler umumnya respon stimuli ditangkap oleh reseptor yang
akan berinteraksi dengan substanti yang terdapat dalam lingkungan.

7. Sel mampu mengatur diri
Kebutuhan akan energi, pemeliharaan dan keadaan sel yang stabil membutuhkan
pengaturan yang konstan. Dalam hal ini sel mempunyai kemampuan yang sangat baik.

8. Sel mampu membelah diri
Individu-individu baru dihasilkan melalui proses reproduksi. Sel dihasilkan melalui
proses pembelahan sel di mana satu sel induk akan menghasilkan dua sel anak. Dari
proses ini sifat-sifat yang dimiliki induk akan diwariskan ke keturunannya.

Dengan mempelajari sel banyak manfaat yang dapat diambil, di antaranya memahami
mekanisme kerja sel yang berguna sebagai bahan pertimbangan dalam mematikan sel lain
yang berbahaya atau patogen, dapat mengembangkan organisme unggul yang sangat
penting bagi manusia, misalnya untuk sumber antibiotika atau obat-obatan yang lain, atau
sumber pangan baru.

C. STRUKTUR UMUM SEL

Organisme yang hidup sekarang berasal dari satu sel induk yang ada pada berjuta-juta
tahun yang silam. Sel induk ini secara bertahap dan pelan-pelan berubah untuk dapat
menyesuaikan diri dengan lingkungannya, agar supaya dapat melangsungkan hidupnya.

Perubahan struktural dan fungsional ini menimbulkan dua kelompok besar yang
sekarang kita kenal dengan kelompok sel prokaryot dan eukaryot. Dua kelompok sel
tersebut berbeda dalam ukuran dan struktur internalnya atau organel-organel yang
terkandung di dalamnya. Dari segi evolusi maka kelompok prokaryot merupakan kelompok
dengan struktur yang lebih sederhana dan ditemukan hanya pada bakteria dan semua
bakteria adalah sel prokaryot. Sementara organisme lainnya seperti protista, fungi,
tumbuhan dan hewan- merupakan struktur yang lebih kompleks, termasuk kedalam
kelompok sel eukaryot.

5

 Biokimia 

1. Sel Prokariot

Gambar 1.2 Bakteri

Pada sel prokariota (dari bahasa Yunani, pro, 'sebelum' dan karyon, 'biji'), tidak ada
membran yang memisahkan DNA dari bagian sel lainnya, dan daerah tempat DNA
terkonsentrasi di sitoplasma disebut nukleoid. Kebanyakan prokariota merupakan organisme
uniseluler dengan sel berukuran kecil (berdiameter 0,7–2,0 µm dan volumenya sekitar
1 µm3) serta umumnya terdiri dari selubung sel, membran sel, sitoplasma, nukleoid, dan
beberapa struktur lain.

Hampir semua sel prokariotik memiliki selubung sel di luar membran selnya. Jika
selubung tersebut mengandung suatu lapisan kaku yang terbuat dari karbohidrat atau
kompleks karbohidrat-protein dan peptidoglikan lapisan itu disebut sebagai dinding sel.
Kebanyakan bakteri memiliki suatu membran luar yang menutupi lapisan peptidoglikan, dan
ada pula bakteri yang memiliki selubung sel dari protein. Selubung sel prokariota mencegah
sel pecah akibat tekanan osmotik pada lingkungan yang memiliki konsentrasi lebih rendah
daripada isi sel.

Gambar 1.3. Bentuk Bakteri
6

 Biokimia 

Tabel 1.1 Jenis Prokariot

2. Sel Eukariot

Gambar 1.4. Gambaran umum sel tumbuhan

Gambar 1.4.1 Gambaran Umum Sel Hewan
7

 Biokimia 
Sel eukariota (bahasa Yunani, eu, 'sebenarnya' dan karyon) memiliki nukleus. Diameter
sel eukariota biasanya 10 hingga 100 µm, sepuluh kali lebih besar daripada bakteri.
Sitoplasma eukariota adalah daerah di antara nukleus dan membran sel. Sitoplasma ini
terdiri dari medium semi cair yang disebut sitosol, yang di dalamnya terdapat organel-
organel dengan bentuk dan fungsi terspesialisasi serta sebagian besar tidak dimiliki
prokariota. Kebanyakan organel dibatasi oleh satu lapis membran, namun ada pula yang
dibatasi oleh dua membran, misalnya nukleus.
Dinding sel yang kaku, terbuat dari selulosa dan polimer lain, mengelilingi sel
tumbuhan dan membuatnya kuat dan tegar. Fungi juga memiliki dinding sel, namun
komposisinya berbeda dari dinding sel bakteri maupun tumbuhan. Di antara dinding sel
tumbuhan yang bersebelahan terdapat saluran yang disebut plasmodesmata.

Karakteristik yang ada di sel eukaryota tetapi tidak di ada di sel prokaryota
a. pembelahan sel pada saat membentuk nukleus dan sitoplasma, dipisahkan oleh

selubung nuklear yang mengandung struktur pori kompleks
8

 Biokimia 

b. kompleks kromosom tersusun oleh DNA dan gabungan protein yang mampu memadat
menjadi struktur mitotik

c. mempunyai kelompok organel membran sitoplasmik (termasuk RE, golgi, lisosom,
ensosom, peoksisom, dan glioksisom)

d. mempunyai organel sitoplasmik yang khusus untuk respirasi aerob (mitokondria) dan
untuk fotosintesis (kloroplas)

e. mempunyai sistem sitoskelet yang kompleks termasuk mikrofilamen, filamen
intermedia, dan mikrotubul

f. mempunyai flagel dan cilia
g. mampu memasukkan cairan atau partikel melalui penyelubungan berupa vesikel

membran plasma (endositosis dan fagositosis)
h. dinding sel mengandung selulosa (pada tumbuhan)
i. pembelahan sel melibatkan peranan mikrotubula sebagai gelendong mitotik pada

pemisahan kromosom
j. terdapat dua kopian gen per sel (diploid), masing-masing berasal dari induknya.

reproduksi seksual membutuhkan meiosis dan fertilisasi.

Persamaan sel prokaryota dan eukaryota:
a. Susunan membran plasma sama
b. Informasi genetik yang dikode DNA menggunakan kode genetik (kodon)
c. Mekanisme transkripsi dan translasi informasi genetik sama, termasuk ribosomnya
d. Terdapat pemisahan jalur metabolisme (misal glikolisis dan TCA)
e. Apparatus sama untuk konservasi energi kimia seperti ATP (pada prokayota terdapat di

membran plasma dan pada eukaryota terdapat di membran mitokondria).
f. Mekanisme fotosintesis sama (antara cyanobacteria dan tumbuhan hijau daun)
g. Mekanisme sama untuk sintesis dan penyelipan/penambahan protein membran
h. Proteasom (struktur protein digesti) sama susunannya.

3. Bagian Sel

a. Nukleus

9

 Biokimia 

Gambaran 1.7 Nukleos
Nukleus terdiri atas massa protoplasma yang lebih kompak (padat), terpisah dari
sitoplasma oleh membran nukleus, yang juga bersifat penyaring selektif, yang mengizinkan
bahan keluar dari nukleus masuk sitoplasma, atau yang masuk ke dalamnya. Nukleus
mengendalikan sel serta semua kegiatannya, nukleus terdiri atas bagian kromatin DNA, RNA
dan protein. Tanpa nukleus sel akan mati.
Kebanyakan sel memiliki satu nukleus, namun ada pula yang memiliki banyak nukleus,
contohnya sel otot rangka, dan ada pula yang tidak memiliki nukleus, contohnya sel darah
merah matang yang kehilangan nukleusnya saat berkembang.
Di dalam nukleus, DNA terorganisasi bersama dengan protein menjadi kromatin.
Sewaktu sel siap untuk membelah, kromatin kusut yang berbentuk benang akan
menggulung, menjadi cukup tebal untuk dibedakan melalui mikroskop sebagai struktur
terpisah yang disebut kromosom.
Struktur yang menonjol di dalam nukleus sel yang sedang tidak membelah ialah
nukleolus, yang merupakan tempat sejumlah komponen ribosom disintesis dan dirakit.
Komponen-komponen ini kemudian dilewatkan melalui pori nukleus ke sitoplasma, tempat
semuanya bergabung menjadi ribosom. Kadang-kadang terdapat lebih dari satu nukleolus,
bergantung pada spesiesnya dan tahap reproduksi sel tersebut.
Nukleus mengendalikan sintesis protein di dalam sitoplasma dengan cara mengirim
molekul pembawa pesan berupa RNA, yaitu mRNA, yang disintesis berdasarkan "pesan" gen
pada DNA. RNA ini lalu dikeluarkan ke sitoplasma melalui pori nukleus dan melekat pada
ribosom, tempat pesan genetik tersebut diterjemahkan menjadi urutan asam amino protein
yang disintesis.

10

 Biokimia 

b. Mitokondria

Gambar 1.8 Mitokondria

Sebagian besar sel eukariota mengandung banyak mitokondria, yang menempati
sampai 25 persen volume sitoplasma. Organel ini termasuk organel yang besar, secara
umum hanya lebih kecil dari nukleus, vakuola, dan kloroplas. Nama mitokondria berasal dari
penampakannya yang seperti benang (bahasa Yunani mitos, 'benang') di bawah mikroskop
cahaya.

Organel ini memiliki dua macam membran, yaitu membran luar dan membran dalam,
yang dipisahkan oleh ruang antar membran. Luas permukaan membran dalam lebih besar
daripada membran luar karena memiliki lipatan-lipatan, atau krista, yang menyembul ke
dalam matriks, atau ruang dalam mitokondria.

Mitokondria adalah tempat berlangsungnya respirasi seluler, yaitu suatu proses
kimiawi yang memberi energi pada sel. Karbohidrat dan lemak merupakan contoh molekul
makanan berenergi tinggi yang dipecah menjadi air dan karbon dioksida oleh reaksi-reaksi di
dalam mitokondria, dengan pelepasan energi. Kebanyakan energi yang dilepas dalam proses
itu ditangkap oleh molekul yang disebut ATP. Mitokondria-lah yang menghasilkan sebagian
besar ATP sel. Energi kimiawi ATP nantinya dapat digunakan untuk menjalankan berbagai
reaksi kimia dalam sel. Sebagian besar tahap pemecahan molekul makanan dan pembuatan

11

 Biokimia 

ATP tersebut dilakukan oleh enzim-enzim yang terdapat di dalam krista dan matriks
mitokondria.

Struktur mitokondria banyak terdapat pada sel yang memiliki aktivitas metabolisme
tinggi dan memerlukan banyak ATP dalam jumlah banyak, misalnya sel otot jantung. Jumlah dan
bentuk mitokondria bisa berbeda-beda untuk setiap sel. Mitokondria berbentuk elips
dengan diameter 0,5 µm dan panjang 0,5 – 1,0 µm. Struktur mitokondria terdiri dari empat
bagian utama, yaitu membran luar, membran dalam, ruang antar membran, dan matriks yang
terletak di bagian dalam membran.
c. Ribosom

Gambar 1.9. Ribosom
Ribosom merupakan tempat sel membuat protein. Sel dengan laju sintesis protein
yang tinggi memiliki banyak sekali ribosom, contohnya sel hati manusia yang memiliki
beberapa juta ribosom. Ribosom sendiri tersusun atas berbagai jenis protein dan sejumlah
molekul RNA.
Ribosom eukariota lebih besar daripada ribosom prokariota, namun keduanya sangat
mirip dalam hal struktur dan fungsi. Keduanya terdiri dari satu subunit besar dan satu
subunit kecil yang bergabung membentuk ribosom lengkap dengan massa beberapa juta
dalton. Pada eukariota, ribosom dapat ditemukan bebas di sitosol atau terikat pada bagian
luar retikulum endoplasma.

12

 Biokimia 

d. Retikulum Endoplasma

Gambar 1.10. Retikulum Endoplasma
Retikulum Endoplasma (RE) adalah organel yang dapat ditemukan di seluruh sel hewan
eukariotik. Retikulum endoplasma merupakan perluasan selubung nukleus yang terdiri dari
jaringan (reticulum = 'jaring kecil') saluran bermembran dan vesikel yang saling terhubung.
Retikulum endoplasma memiliki struktur yang menyerupai kantung berlapis-lapis. Kantung
ini disebut cisternae. Fungsi retikulum endoplasma bervariasi, tergantung pada jenisnya.
Retikulum Endoplasma (RE) merupakan labirin membran yang demikian banyak sehingga
retikulum endoplasma melipiti separuh lebih dari total membran dalam sel-sel eukariotik.
Ada tiga jenis retikulum endoplasma: RE kasar Di permukaan RE kasar, terdapat bintik-
bintik yang merupakan ribosom. Ribosom ini berperan dalam sintesis protein. Maka, fungsi
utama RE kasar adalah sebagai tempat sintesis protein. RE halus Berbeda dari RE kasar, RE
halus tidak memiliki bintik-bintik ribosom di permukaannya. RE halus berfungsi dalam
beberapa proses metabolisme yaitu sintesis lipid, metabolisme karbohidrat dan konsentrasi
kalsium, detoksifikasi obat-obatan, dan tempat melekatnya reseptor pada protein membran
sel. RE sarkoplasmik RE sarkoplasmik adalah jenis khusus dari RE halus. RE sarkoplasmik ini
ditemukan pada otot licin dan otot lurik. Yang membedakan RE sarkoplasmik dari RE halus
adalah kandungan proteinnya. RE halus mensintesis molekul, sementara RE sarkoplasmik
menyimpan dan memompa ion kalsium. RE sarkoplasmik berperan dalam pemicuan
kontraksi otot.

13

 Biokimia 

e. Badan Golgi

Gambar 1.11. Badan golgi

Badan Golgi (disebut juga aparatus Golgi, kompleks Golgi atau diktiosom) adalah
organel yang dikaitkan dengan fungsi ekskresi sel, dan struktur ini dapat dilihat dengan
menggunakan mikroskop cahaya biasa. Organel ini terdapat hampir di semua sel eukariotik
dan banyak dijumpai pada organ tubuh yang melaksanakan fungsi ekskresi, misalnya ginjal.
Setiap sel hewan memiliki 10 hingga 20 badan Golgi, sedangkan sel tumbuhan memiliki
hingga ratusan badan Golgi. Badan Golgi pada tumbuhan biasanya disebut diktiosom. Badan
Golgi ditemukan oleh seorang ahli histologi dan patologi berkebangsaan Italia yang bernama
Camillo Golgi. Beberapa fungsi badan golgi antara lain :
1. membentuk kantung (vesikula) untuk sekresi. Terjadi terutama pada sel-sel kelenjar

kantung kecil tersebut, berisi enzim dan bahan-bahan lain.
2. membentuk membran plasma. Kantung atau membran golgi sama seperti membran

plasma. Kantung yang dilepaskan dapat menjadi bagian dari membran plasma.
3. membentuk dinding sel tumbuhan
4. membentuk akrosom pada spermatozoa yang berisi enzim untuk memecah dinding sel

telur dan pembentukan lisosom.
5. tempat untuk memodifikasi protein
6. menyortir dan memaket molekul-molekul untuk sekresi sel
7. membentuk lisosom

14

 Biokimia 

f. Lisosom

Gambar 1.12. Lisosom

Lisosom adalah organel sel berupa kantong terikat membran yang berisi enzim
hidrolitik yang berguna untuk mengontrol pencernaan intraseluler pada berbagai keadaan.
Lisosom ditemukan pada tahun 1950 oleh Christian de Duve dan ditemukan pada semua sel
eukariotik. Di dalamnya, organel ini memiliki 40 jenis enzim hidrolitik asam seperti protease,
nuklease, glikosidase, lipase, fosfolipase, fosfatase, ataupun sulfatase. Semua enzim tersebut
aktif pada pH 5. Fungsi utama lisosom adalah endositosis, fagositosis, dan autofagi.

g. Sentriol

Gambar 1.13. Sentriol

Sentriol atau sentrosom merupakan wilayah yang terdiri dari dua sentriol (sepasang
sentriol) yang terjadi ketika pembelahan sel, di mana nantinya tiap sentriol ini akan bergerak
ke bagian kutub-kutub sel yang sedang membelah. Pada siklus sel di tahapan interfase,
terdapat fase S yang terdiri dari tahap duplikasi kromoseom, kondensasi kromoson, dan
duplikasi sentrosom.

15

 Biokimia 

h. Membran

Gambar 1.14. Membran

Salah satu fungsi dari membran sel adalah sebagai lalu lintas molekul dan ion secara
dua arah. Molekul yang dapat melewati membran sel antara lain ialah molekul hidrofobik
(CO2, O2), dan molekul polar yang sangat kecil (air, etanol). Lalu lintas membran
digolongkan menjadi dua cara, yaitu dengan transpor pasif untuk molekul-molekul yang
mampu melalui membran tanpa mekanisme khusus dan transpor aktif untuk molekul yang
membutuhkan mekanisme khusus.

4. Fungsi Sel

a. Metabolisme
Keseluruhan reaksi kimia yang membuat makhluk hidup mampu melakukan

aktivitasnya disebut metabolisme, dan sebagian besar reaksi kimia tersebut terjadi di dalam
sel. Metabolisme yang terjadi di dalam sel dapat berupa reaksi katabolik, yaitu perombakan
senyawa kimia untuk menghasilkan energi maupun untuk dijadikan bahan pembentukan
senyawa lain, dan reaksi anabolik, yaitu reaksi penyusunan komponen sel. Salah satu proses
katabolik yang merombak molekul makanan untuk menghasilkan energi di dalam sel ialah
respirasi seluler, yang sebagian besar berlangsung di dalam mitokondria eukariota atau
sitosol prokariota dan menghasilkan ATP. Sementara itu, contoh proses anabolik ialah
sintesis protein yang berlangsung pada ribosom dan membutuhkan ATP.

b. Komunikasi sel
Kemampuan sel untuk berkomunikasi, yaitu menerima dan mengirimkan 'sinyal' dari

dan kepada sel lain, menentukan interaksi antarorganisme uniseluler serta mengatur fungsi
dan perkembangan tubuh organisme multiseluler. Misalnya, bakteri berkomunikasi satu
sama lain dalam proses quorum sensing (pengindraan kuorum) untuk menentukan apakah
jumlah mereka sudah cukup sebelum membentuk biofilm, sementara sel-sel dalam embrio
hewan berkomunikasi untuk koordinasi proses diferensiasi menjadi berbagai jenis sel.

16

 Biokimia 

LATIHAN

Untuk memperdalam pemahaman Anda mengenai materi di atas, kerjakanlah latihan
berikut!
1) Sebutkan persamaan dari sel eukariot dan prokariot!
2) Jelaskan fungsi sel sebagai alat untuk metabolisme!
3) Apa yang dimaksud dengan Fagositosis!

Petunjuk Jawaban Latihan

1) Persamaan sel prokaryota dan eukaryota
a) susunan membran plasma sama
b) informasi genetik yang dikode DNA menggunakan kode genetik (kodon)
c) Mekanisme transkripsi dan translasi informasi genetik sama, termasuk
ribosomnya
d) Terdapat pemisahan jalur metabolisme (misal glikolisis dan TCA)
e) Apparatus sama untuk konservasi energi kimia seperti ATP (pada prokayota
terdapat di membran plasma dan pada eukaryota terdapat di membran
mitokondria).
f) Mekanisme fotosintesis sama (antara cyanobacteria dan tumbuhan hijau daun)
g) Mekanisme sama untuk sintesis dan penyelipan/penambahan protein membran
h) Proteasom (struktur protein digesti) sama susunannya.

2) Keseluruhan reaksi kimia yang membuat makhluk hidup mampu melakukan
aktivitasnya disebut metabolisme, dan sebagian besar reaksi kimia tersebut terjadi di
dalam sel. Metabolisme yang terjadi di dalam sel dapat berupa reaksi katabolik, yaitu
perombakan senyawa kimia untuk menghasilkan energi maupun untuk dijadikan
bahan pembentukan senyawa lain, dan reaksi anabolik, yaitu reaksi penyusunan
komponen sel. Salah satu proses katabolik yang merombak molekul makanan untuk
menghasilkan energi di dalam sel ialah respirasi seluler, yang sebagian besar
berlangsung di dalam mitokondria eukariota atau sitosol prokariota dan menghasilkan
ATP. Sementara itu, contoh proses anabolik ialah sintesis protein yang berlangsung
pada ribosom dan membutuhkan ATP.

3) Fagositosis merupakan proses pemasukan partikel berukuran besar dan
mikroorganisme seperti bakteri dan virus ke dalam sel. Pertama, membran akan
membungkus partikel atau mikroorganisme dan membentuk fagosom. Kemudian,
fagosom akan berfusi dengan enzim hidrolitik dari trans Golgi dan berkembang
menjadi lisosom (endosom lanjut).

17

 Biokimia 

RINGKASAN

Sel pada tubuh organisme bentuknya ragam dan fungsinya disesuaikan dengan
tugasnya masing-masing. Adanya perbedaan bentuk dan susunan sel dalam tubuh
organisme,secara khusus akan menentukan bentuk dan fungsi jaringan tubuh yang
terorganisir menjadi organ. Beberapa organ yang terdapat dalam tubuh organisme secara
khusus akan mengatur fungsi fisiologi tubuh.

Berdasarkan jumlah sel penyusunnya, makhluk hidup dapat dibedakan menjadi
uniseluler ( tersusun oleh satu sel,misalnya bakteri,ganggang hijau biru serta beberapa jenis
protozoa dan jamur mikroskopik) dan multiseluler (tersusun lebih dari satu sel, misal jamur,
tumbuh-tumbuhan, hewan dan manusia).

Berbagai jenis sel yang menyusun makhluk hidup dari berbagai tingkat evolusi dapat
dibedakan menjadi dua kelompok besar yaitu sel eukariotik dan prokariotik. Perbedaan
kedua jenis ini ada pada inti sel sejati,ukuran sel sangat beragam yakni kisaran 1-10 um
sampai dengan 10-100 um. Komponen kimia penyusunnya adalah air (70-90%), 15%
karbohidrat, 10% lipid, 15% asam nukleat dan sisanya zat-zat anorganik.

TES 1

Pilihlah satu jawaban yang paling tepat!

1) Perbedaan sel hewan dan sel tumbuhan adalah...
A. Sel tumbuhan memiliki kloroplas sehingga dapat berfotosintesis sedangkan sel
hewan tidak
B. Sel hewan memiliki dinding sel dan sel tumbuhan tidak memiliki dinding sel
C. Sel hewan memiliki vakuola sedangkan sel tumbuhan tidak memiliki vakuola
D. Sel hewan dan sel tumbuhan adalah sel eukariot

2) Membran plasma terutama tersusun oleh ...
A. Air dan karbondioksida
B. Selulosa dan pektin
C. Fosfolipid dan protein
D. Aktin dan myosin

3) Dinding sel prokariota mengandung :
A. Peptidoglikan
B. Fosfolipid
C. Lipoprotein
D. Lipopolisakarida

18

 Biokimia 

4) Nukleolus dikelilingi oleh :
A. Ribosom
B. Nukleolus
C. Membran nukleus
D. Membran plasma

5) Proses yang melibatkan peran ribosom adalah :
A. Replikasi DNA
B. Transkripsi
C. Translasi
D. Hidrolisis protein menjadi asam amino

6) Di dalam mitokondria berlangsung berbagai reaksi metabolisme yang penting.
Diantara jalur metabolisme berikut yang tidak berlangsung di mitokondria adalah :
A. Siklus Krebs
B. Oksidasi asam lemak
C. Glikolisis
D. Rantai transport elektron dan fosforilasi oksidatif

7) Retikulum endoplasmik memiliki dua fungsi utama,yaitu :
A. Transport protein dan sintesis membran sel yang baru
B. Sintesis protein dan menetralkan toksin
C. Mencerna partikel-partikel makanan dan menyimpan energi
D. Membantu pergerakan sel dan melindungi sel terhadap serangan dari luar

8) Fungsi utama badan golgi adalah:
A. Pemrosesan dan pengepakan makromolekul yang disintesis disuatu
kompartemen di dalam sel dan kemudian ditransportkan ke bagian lain dari sel
atau dieksresikan keluar sel
B. Sintesis protein menggunakan triplet kodon yang terdapat pada molekul mRNA
yang ditranskripsikan dari DNA di dalam nukleus
C. Modifikasi lipid menjadi glikolipid agar lebih bersifat hidrofilik
D. Modifikasi karbohidrat menjadi glikopeotein agar lebih mudah disisipkan pada
protein di membran sel.

9) Lisosom mengandung enzim-enzim :
A. Pengurai protein
B. Pengurai asam nukleat
C. Pengurai lipid
D. Pengurai karbohidrat

19

 Biokimia 
10) Protoplasma merupakan dasar fisik kehidupan dan sel merupakan unit fungsional dari

kehidupan., pernyataan tersebut berasal dari :
A. Felix Dujardin
B. Robert Brown
C. Max Schultze
D. Schleiden

20

 Biokimia 

Topik 2
Senyawa Kimia sebagai Dasar Kehidupan

Biomolekul adalah senyawa-senyawa yang bermolekul besar dan kecil yang
berhubungan dengan senyawa kimia dalam sistem hidup. Sebagian besar (99%) dari unsur-
unsur biomolekul adalah karbon,nitrogen,oksigen dan hidrogen serta fosfor dan belerang.

Urutan pembentukannya adalah dari molekul sederhana (CO2, NH3, H2O, molekul
organik sederhana), molekul pembangun (asam amino, gula sederhana, mononukleotida,
asam lemak), molekul makro/polimer (protein, polisakarida, monomer penyusun DNA dan
RNA, lipida), organel dan agregat supra molekul dan ahirnya membentuk sel. Semua proses
kimia yang terjadi dalam sel adalah katabolisme dan anabolisme yang sama-sama berjalan
dan dikendalikan oleh enzim.

Senyawa dasar dalam sel hidup secara tahap diubah ke dalam senyawa yang lebih
kompleks baik fungsi maupun strukturnya. Molekul sederhana terutama CO2, H2O dan
nitrogen atmosferik diubah melalui senyawa dasar menjadi satuan penyusun oleh jasad/sel
hidup. Satuan penyusun ini bergabung melalui ikatan kovalen menjadi makromolekul dan
selanjutnya membentuk molekul yang lebih besar lagi adalah supramolekul. Penggabungan
senyawa dasar sehingga terbentuk supramolekul dan selanjutnya menjadi organel diatur dan
dikendalikan oleh semua sistem multi enzim.

Ciri-ciri hidup adalah sangat terorganisasi dan sangat kompleks (tiap komponen
mempunyai fungsi yang sangat spesifik),mempunyai kemampuan untuk mengekstrak energi
dari sekelilingnya,dapat menurunkan sifat atau dapat mereplikasi dirinya sendiri dengan
tepat dan terencana.

Unsur-unsur utama penyusun tubuh adalah karbon (C), hidrogen (H), oksigen (O) dan
nitrogen (N). Selain itu masih terdapat beberapa unsur lain yaitu: kalsium (Ca), fosfor (P),
kalium (K), sulfur (S), natrium (Na), klor (Cl), magnesium (Mg), besi (Fe), mangan (Mn) dan
iodium (I). Rincian dari unsur-unsur tersebut tercantum pada tabel berikut.

Tabel Perkiraan Komposisi Dasar Tubuh Manusia
(Berdasarkan Berat Kering)

21

 Biokimia 

A. BIOMOLEKUL-BIOMOLEKUL KOMPLEKS UTAMA PENYUSUN
TUBUH

Unsur-unsur penyusun tubuh sebagaimana disebutkan di atas banyak yang
membentuk molekul-molekul besar yang kompleks di dalam tubuh. Di antara biomolekul-
biomolekul kompleks tersebut yang merupakan biomolekul kompleks utama adalah DNA,
RNA, protein, polisakarida dan lipid. Biomolekul kompleks tersusun atas molekul-molekul
sederhana, seperti terinci pada tabel berikut.

Tabel Biomolekul-Biomolekul Utama di dalam Tubuh Manusia

Biomolekul Molekul Pembangun Fungsi Utama

DNA Deoksiribonukleotida Materi genetik
RNA Ribonukleotida Sintesis protein
Protein Asam amino Sangat banyak, umumnya menjadi bagian
dari sel yang melangsungkan kerja (enzim,
unsur kontraktilitas dll.)

Polisakarida Glukosa Simpanan energi jangka pendek.
berupa Asam lemak Sangat banyak, misalnya simpanan energi
glikogen jangka panjang, komponen membran sel dll.
Lipid

Komponen-komponen utama penyusun tubuh terdiri atas air, protein, lemak, mineral
serta karbohidrat. Rincian komponen tersebut tertera pada tabel berikut.

Tabel Komposisi Kimiawi Normal
(Pria dengan Berat Badan 65 kg)

No Komponen Berat (kg) Persentase

1 Air 40 61,6
2 Protein 11 17,0
3 Lemak 9 13,8
4 Mineral 4
5 Karbohidrat 1 6,1
1,5

1. Ikatan Kimia
Molekul di dalam tubuh, baik yang sederhana maupun yang kompleks, dapat

terbentuk karena adanya ikatan kimia. Ikatan kimia digolongkan menjadi 2 yaitu ikatan

22

 Biokimia 

kovalen dan ikatan non kovalen. Selanjutnya, ikatan non kovalen terdiri atas ikatan ionik,
ikatan hidrogen dan ikatan Van Der Waals.
a. Ikatan kovalen

Ikatan kovalen adalah ikatan yang terbentuk oleh valensi dari masing-masing atom.
Contoh dari ikatan kovalen adalah CO2. Dalam hal ini valensi C adalah 4 dan valensi O adalah
2. Ikatan kovalen terjadi ketika masing-masing atom dalam ikatan tidak mampu memenuhi
aturan oktet, dengan pemakaian elektron bersama dalam ikatan kovalen, masing-masing
atom memenuhi jumlah oktetnya. Hal ini mendapat pengecualian untuk atom H yang
menyesuaikan diri dengan konfigurasi atom dari He (2ē valensi) untuk mencapai tingkat
kestabilannya. Selain itu, elektron-elektron yang tidak terlibat dalam ikatan kovalen disebut
elektron bebas. Elektron bebas ini berpengaruh dalam menentukan bentuk dan geometri
molekul.

b. Ikatan ionik
Ikatan ionik adalah ikatan antara dua gugus dengan muatan berlawanan. Contohnya

adalah ikatan antara substrat dan enzim. Jarak optimal ikatan ini adalah 28 Angstrom.
Elektrolit bukan satu-satunya zat hidrofil yang larut dalam air, molekul polar apapun
memiliki tendensi untuk terlarut. Jumlah gugus polar dalam molekul mempengaruhi
kelarutannya dalam air.

Pembentukan ikatan ionik dilakukan dengan cara transfer elektron. Dalam hal ini,
kation terionisasi dan melepaskan sejumlah elektron hingga mencapai jumlah oktet yang
disyaratkan dalam aturan Lewis. Selanjutnya, elektron yang dilepaskan ini akan diterima oleh
anion hingga mencapai jumlah oktet. Proses transfer elektron ini akan menghasilkan suatu
ikatan ionik yang mempersatukan ion anion dan kation.

c. Ikatan hidrogen
Ikatan hidrogen adalah pengikatan satu atom hidrogen oleh dua atom lain yang

berbeda. Ikatan ini dapat dibentuk di antara molekul-molekul tidak bermuatan maupun
molekul-molekul bermuatan. Atom yang mengikat hidrogen lebih kuat disebut donor
hidrogen sedang lainnya dinamakan akseptor hidrogen. Ikatan hidrogen saat atom hidrogen
terikat kovalen ke atom yang elektronegatif kuat seperti nitrogen atau oksigen.

Ikatan hidrogen ini terjadi pada ikatan antara atom H dengan atom N, O, dan F yang
memiliki pasangan elektron bebas. Hidrogen dari molekul lain akan bereaksi dengan
pasangan elektron bebas ini membentuk suatu ikatan hidrogen dengan besar ikatan
bervariasi. Kekuatan ikatan hidrogen ini dipengaruhi oleh beda keelektronegatifan dari
atom-atom penyusunnya. Semakin besar perbedaannya semakin besar pula ikatan hidrogen
yang dibentuknya.

d. Ikatan Van Der Waals
Ikatan Van Der Waals adalah daya tarik non spesifik, yang berperan pada saat dua

atom berjarak 3-4 Angstrom, terjadi pada saat dua atom berdekatan sehingga terjadi

23

 Biokimia 

penolakan dan penarikan bersifat dipolar atau elektrostatis dan jauh lebih lemah dari pada
ikatan hidrogen.

2. Air
Air merupakan produk akhir utama dari metabolisme oksidatif makanan. Dalam reaksi-

reaksi metabolik, air berfungsi sebagai reaktan tetapi juga sebagai produk. Air juga menjadi
pelarut biologis yang ideal. Air sangat mempengaruhi semua interaksi molekuler dalam
sistem biologi. Air mempunyai 2 sifat penting secara biologis yaitu sifat polar dan sifat
kohesif.

a. Air merupakan molekul polar
Secara tiga dimensi, air merupakan molekul tetrahedron tak beraturan dengan oksigen

pada bagian pusatnya. Dua buah ikatan dengan hidrogen diarahkan ke dua sudut
tetrahedron, sementara elektron-elektron yang tidak dipakai bersama pada kedua orbital
terhibridasi sp3 menempati 2 sudut sisanya. Molekul air membentuk molekul bipolar (dua
kutub). Sisi oksigen yang berlawanan dengan dua atom hidrogen cenderung bermuatan
negatif karena mengandung lebih banyak elektron. Sedangkan di sisi hidrogen cenderung
bermuatan negatif.

b. Air bersifat sangat kohesif
Molekul-molekul air yang berdekatan memiliki afinitas yang tinggi satu sama lainnya.

Daerah bermuatan positif dan satu molekul air cenderung akan mengarahkan diri kepada
daerah bermuatan negatif pada salah satu molekul didekatnya. Air beku mempunyai
struktur kristal yang sangat teratur di mana seluruh ikatan hidrogen potensial memang
terbentuk. Air cair mempunyai struktur yang setengah teratur dengan kelompok-kelompok
molekul berikatan hidrogen yang secara terus menerus terbentuk dan terpecah

Air merupakan pelarut yang sangat baik bagi molekul-molekul polar. Air sangat
memperlemah ikatan ionik dan ikatan hidrogen antara molekul-molekul polar dengan cara
bersaing daya tarik.

Di dalam sel, air terdapat dalam dua bentuk, yaitu bentuk bebas dan bentuk terikat. Air
dalam bentuk bebas mencakup 95% dari total air di dalam sel. Umumnya air berperan
sebagai pelarut dan sebagai medium dispersi sistem koloid. Air dalam bentuk terikat
mencakup 4-5% dari total air di dalam sel. Kandungan air pada berbagai jenis sel bervariasi di
antara tipe sel yang berbeda.

Air merupakan medium tempat berlangsungnya transpor nutrien, reaksi-reaksi
enzimatis metabolisme sel dan transpor energi kimia Di dalam sel hidup, kebanyakan
senyawa biokimia dan sebagian besar dari reaksi-reaksinya berlangsung dalam lingkungan
cair. Air berperan aktif dalam banyak reaksi biokimia dan merupakan penentu penting dari
sifat-sifat makromolekul seperti protein

Karena struktur air mempunyai produk ionisasinya seperti ion O+ dan H maka sangat
mempengaruhi berbagai sifat komponen penting sel seperti enzim, protein, asam nukleat,
dan lipida. Hal yang sering muncul sebagai contoh, aktivitas katalitik enzim sangat

24

 Biokimia 

tergantung pada konsentrasi ion H+ dan OH-. Karena itulah, semua aspek dari struktur dan
fungsi sel harus beradaptasi dengan sifat-sifat fisik dan kimia air.

Dari uraian di atas, dapat disimpulkan bahwa air merupakan komponen sel yang
dominan dan berfungsi untuk:

Pelarut berbagai zat organik dan anorganik, misalnya berbagai jenis ion-ion, glukosa,
sukrosa, asam amino, serta berbagai jenis vitamin.
1) Bahan pengsuspensi zat-zat organik dengan molekul besar seperti protein, lemak, dan

pati. Dalam hal tersebut, air merupakan medium dispersi dari sistem koloid
protoplasma.
2) Air merupakan media transpor berbagai zat yang terlarut atau yang tersuspensi untuk
berdifusi atau bergerak dari suatu bagian sel ke bagian sel yang lain.
3) Air merupakan media berbagai proses reaksi-reaksi enzimatis yang berlangsung di
dalam sel.
4) Air digunakan untuk mengabsorbsi panas dan mencegah perubahan temperatur yang
drastis atau mendadak di dalam sel.
5) Air sebagai bahan baku untuk reaksi hidrolisis dan sintesis karbohidrat misal dalam
fotosintesis

Sisi oksigen yang berhadapan dengan dua hidrogen relatif kaya akan elektron,
sedangkan pada sisi lainnya, inti hidrogen yang relatif tidak ditutupi membentuk daerah
dengan muatan positif sehingga dikatakan bahwa molekul air bersifat dipolar atau dwi
kutub karena pemisahan muatan tersebut maka dua molekul air dapat tertarik satu dengan
yang lainnya oleh gaya elektrostatik di antara muatan negatif sebagian pada atom oksigen
dari suatu molekul air dan muatan positif sebagian pada atom hidrogen dari molekul air yang
lain. Jenis interaksi elektrostatik ini disebut ikatan hidrogen.

Ikatan hidrogen segera terbentuk antara atom yang bersifat elektronegatif, biasanya
atom oksigen atau nitrogen, dan suatu atom hidrogen yang berikatan kovalen dengan atom
elektronegatif lainnya pada molekul yang sama atau molekul lain. Atom hidrogen yang
berikatan dengan atom elektronegatif kuat seperti oksigen cenderung mempunyai muatan
positif kuat sebagian. Akan tetapi, atom hidrogen yang berikatan kovalen dengan atom
karbon yang tidak bersifat elektronegatif tidak berpartisipasi dalam pembentukan ikatan
hidrogen.

Pada es, molekul H2O terikat secara ikatan hidrogen berjumlah 4 molekul H2O yang lain
dalam suatu deretan tiga dimensi yang teratur sehingga es kurang padat dan memiliki massa
lebih kecil dari pada air.

Dalam sistem hidup, ikatan hidrogen berperan penting, contohnya protein dan asam
nukleat.

Sifat-sifat air yang tepat bagi sistem hidup adalah;
1) Kalor penguapan contohnya keringat
2) Kalor jenis contohnya air sebagai buffer panas yang baik

25

 Biokimia 

3) Titik didih contohnya air tetap cair walaupun pada suhu fisiologik .
Jumlah gugus polar akan mempengaruhi kelarutannya, contohnya glukosa yang

mengandung lima gugus hidroksil dan cincin oksigen sangat larut dalam air. Tiap atom
oksigen glukosa dapat membentuk ikatan hidrogen dengan air. Penempelan karbohidrat ke
sebagian molekul kurang larut, termasuk lipid dan basa-basa nukleotida menaikan
kelarutannya.

Saat membran pelarut permeabel memisahkan dua larutan yang mengandung
konsentrasi yang berbeda, molekul pelarut berdifusi dari konsentrasi yang rendah ke
konsentrasi yang lebih tinggi. Proses ini disebut osmosis yang tekanannya tergantung pada
konsentrasi zat terlarut dan bukan pada sifat kimianya.

Dalam sel hidup, membran air permeabel memisahkan sitosol dari medium luar.
Komposisi larutan intra sel cukup berbeda dari larutan ekstra sel. Contohnya sel hewan
menyimpan glukosa dalam polimer glikogen yang mengandung 50.000 residu glukosa,
tekanan osmotik dalam sel lebih besar sehingga

Aktivitas makhluk hidup tidak hanya bergantung pada biomolekul tetapi juga pada
input energi. Mahkluk hidup secara konstan mentransformasikan energi menjadi kerja yang
berguna untuk mempertahankan diri,untuk tumbuh dan untuk reproduksi.

3. Garam Mineral
Kandungan garam-garam mineral pada berbagai tipe sel sangat bervariasi. Di dalam

sel, garam-garam mineral dapat mengalami disosiasi menjadi anion dan kation. Bentuk-
bentuk anion dan kation tersebut dinamakan ion. Ion-ion dapat terlarut di dalam cairan sel
atau terikat secara khusus pada molekul-molekul lain seperti protein dan lipida. Secara
umum, garam-garam mineral memiliki dua fungsi yaitu :
a. Fungsi osmosis, dalam arti bahwa konsentrasi total garam-garam terlarut berpengaruh

terhadap pelaluan air melintasi membran sel
b. Fungsi yang lebih spesifik, yaitu peran seluler setiap ion terhadap struktur dan fungsi

dari partikel-partikel seluler dan makromolekul.

Unsur mineral merupakan salah satu komponen yang sangat diperlukan oleh makhluk
hidup di samping karbohidrat, lemak, protein, dan vitamin, juga dikenal sebagai zat
anorganik atau kadar abu. Sebagai contoh, bila bahan biologis dibakar, semua senyawa
organik akan rusak; sebagian besar karbon berubah menjadi gas karbon dioksida (CO2),
hidrogen menjadi uap air, dan nitrogen menjadi uap nitrogen (N2). Sebagian besar mineral
akan tertinggal dalam bentuk abu dalam bentuk senyawa anorganik sederhana, serta akan
terjadi penggabungan antar individu atau dengan oksigen sehingga terbentuk garam
anorganik. Berbagai unsur anorganik (mineral) terdapat dalam bahan biologi, tetapi tidak
atau belum semua mineral tersebut terbukti esensial, sehingga ada mineral esensial dan
nonesensial. Mineral esensial yaitu mineral yang sangat diperlukan dalam proses fisiologis
makhluk hidup untuk membantu kerja enzim atau pembentukan organ. Unsur-unsur mineral
esensial dalam tubuh terdiri atas dua golongan, yaitu mineral makro dan mineral mikro.

26

 Biokimia 

Mineral makro diperlukan untuk membentuk komponen organ di dalam tubuh. Mineral
mikro yaitu mineral yang diperlukan dalam jumlah sangat sedikit dan umumnya terdapat
dalam jaringan dengan konsentrasi sangat kecil. Mineral nonesensial adalah logam yang
perannya dalam tubuh makhluk hidup belum diketahui dan kandungannya dalam jaringan
sangat kecil. Bila kandungannya tinggi dapat merusak organ tubuh makhluk hidup yang
bersangkutan. Di samping mengakibatkan keracunan, logam juga dapat menyebabkan
penyakit defisiensi.

Gambar 1. Komposisi major mineral dan rance mineral
Berbagai jenis garam-garam mineral sangat penting untuk kelangsungan aktivitas
metabolisme sel, misalnya ion Na+ dan K+, ion Na+ dan K+, berperan dalam memelihara
tekanan osmosis dan keseimbangan asam basa cairan sel. Retensi ion-ion menghasilkan
peningkatan tekanan osmosis sebagai akibat masuknya air ke dalam sel.
Beberapa ion-ion anorganik berperan sebagai kofaktor dalam aktivitas enzim, misalnya
ion magnesium, ferrum fosfat anorganik digunakan dalam sintesis ATP yang mensuplai
energi kimia untuk proses kehidupan dari sel melalui proses fosforilasi oksidatif. Ion-ion
kalsium dijumpai dalam sirkulasi darah dan di dalam sel. Di dalam tulang, ion-ion kalsium
berkombinasi dengan ion-ion fosfat dan karbonat membentuk kristalin. Fosfat dijumpai di
dalam darah dan di dalam cairan jaringan sebagai ion-ion bebas, tetapi fosfat di dalam tubuh
banyak terikat dalam bentuk fosfolipida, nukleotida, fosfoprotein, dan gula-gula
terfosforilasi.

27

 Biokimia 

LATIHAN

Untuk memperdalam pemahaman Anda mengenai materi di atas, kerjakanlah latihan
berikut!
1) Jelaskan mengenai ikatan kimia !
2) Jelaskan mengenai Ikatan hidrogen !
3) Apa yang dimaksud dengan Cyrogenic !

Petunjuk Jawaban Latihan

1) Molekul di dalam tubuh baik yang sederhana sampai dengan yang kompleks dapat
terbentuk karena adanya ikatan kimia. Ikatan kimia digolongkan menjadi 2 yaitu ikatan
kovalen dan ikatan non kovalen. Selanjutnya ikatan non kovalen terdiri atas ikatan
ionik, ikatan hidrogen dan ikatan Van Der Waals.

2) Ikatan hidrogen adalah pengikatan satu atom hidrogen oleh dua atom lain yang
berbeda. Ikatan ini dapat dibentuk di antara molekul-molekul tidak bermuatan
maupun molekul-molekul bermuatan. Atom yang mengikat hidrogen lebih kuat
disebut donor hidrogen sedang lainnya dinamakan akseptor hidrogen

3) Cryogenics adalah proses ketika para ilmuwan membekukan sesuatu. Ketika hidrogen
dalam bentuk cair sangat dingin. Para ilmuwan menggunakan hidrogen dingin ini untuk
membekukan sesuatu dengan sangat cepat.

RINGKASAN

Ciri-ciri hidup adalah sangat terorganisasi dan sangat kompleks (tiap komponen
mempunyai fungsi yang sangat spesifik), mempunyai kemampuan untuk mengekstrak energi
dari sekelilingnya, dapat menurunkan sifat atau dapat mereplikasi dirinya sendiri dengan
tepat dan terencana.

Unsur-unsur utama penyusun tubuh adalah karbon (C), hidrogen (H), oksigen (O) dan
nitrogen (N). Selain itu masih terdapat beberapa unsur lain yaitu: kalsium (Ca), fosfor (P),
kalium (K), sulfur (S), natrium (Na), klor (Cl), magnesium (Mg), besi (Fe), mangan (Mn) dan
iodium (I).

Molekul di dalam tubuh baik yang sederhana sampai dengan yang kompleks dapat
terbentuk karena adanya ikatan kimia. Ikatan kimia digolongkan menjadi 2 yaitu ikatan
kovalen dan ikatan non kovalen. Air merupakan produk akhir utama dari metabolisme
oksidatif makanan. Dalam reaksi-reaksi metabolik, air berfungsi sebagai reaktan tetapi juga
sebagai produk. Air juga menjadi pelarut biologis yang ideal.

Hidrogen adalah unsur pertama dalam tabel periodik. Hodrogen merupakan atom yang
paling sederhana yang terdiri dari satu proton dalam inti yang mengorbit oleh elektron
tunggal. Nitrogen atau zat lemas adalah unsur kimia dalam tabel periodik yang memiliki
lambang N dan nomor atom 7. Biasanya ditemukan sebagai gas tanpa warna, tanpa bau,
tanpa rasa dan merupakan gas diatomik bukan logam yang stabil, sangat sulit bereaksi

28

 Biokimia 

dengan unsur atau senyawa lainnya. Oksigen adalah unsure yang sangat umum diantara
unsure-unsur golongan VI yang beranggotaan O, S, Se, Te, dan Po. Oksigen mempunyai
konfigurasi s2p4 dalam tingkat energy yang tertinggi. Oksigen dapat membuat ikatan unsure
dan ikatan kovalen dengan unsur-unsur lain.

TES 2

Pilihlah satu jawaban yang paling tepat!

1) Massa sel ( 60-90% ) sebagian besarnya adalah ...
A. Protein
B. Air
C. Makanan
D. Oksigen

2) Molekul air membentuk sudut 104,5o untuk O-H dengan ikatan ...
A. Kovalen
B. Ion
C. Polar
D. Non polar

3) Zat yang mudah larut dalam air ...
A. Hidrofob
B. Hidrofil
C. Elektrolit
D. Ion negative

4) Karbohidrat, protein, lemak, termasuk ke dalam :
A. Biomakromolekul
B. Mikronutrien
C. Mikromolekul
D. Organel sel

5) Selain di sel hati, glikogenesis juga berlangsung :
A. Otot
B. Hati
C. Jantung
D. Ginjal

29

 Biokimia 

6) Karbon,nitrogen,oksigen dan hidrogen merupakan unsur-unsur utama dari :
A. Sel
B. Unsur runutan
C. Molekul makro
D. Polimer

7) Proses-proses metabolisme dikendalikan oleh :
A. Enzim
B. Protein
C. Glukosa
D. pH

8) Senyawa bermolekul kecil akan dirangkai untuk menghasilkan molekul yang diperlukan
tubuh melalui jalur:
A. Biosintesis
B. Asam amino
C. Hidrolisis
D. Glukosa

9) Penguraian senyawa bermolekul besar menjadi senyawa bermolekul kecil disebut :
A. Katabolisme
B. Anabolisme
C. Gliserol
D. Triasilgliserol

10) Contoh reaksi anabolisme adalah :
A. Biosintesis protein
B. Vitamin
C. Enzim
D. Katalisator

30

 Biokimia 

Kunci Jawaban Tes

Tes 1
1) Jawabannya (B) karena sel prokariotik tidak memiliki nukleus atau inti sel.
2) Jawabannya (A) Karena perbandingan sel hewan dan tumbuhan adalah adanya

kloroplas untuk tempat fotosintesis dan adanya dinding sel
3) Jawabannya (C) karena setiap sel baik prokariota dan eukariota memiliki membran

plasma yang memberi batas dengan lingkungan luar dan tersusun dari lipid dan
protein.
4) Jawabannya (D) karena dinding sel prokariota mengandung lipopolisakarida.
5) Jawabannya (A) karena nukleolus merupakan bagian padat yang terbentuk dari
molekul-molekul RNA dan tempat pembentukan ribosom.
6) Jawabannya (C) karena ribosom adalah organel sel yang bertugas membaca kode
genetik yang dibawa mRNA dan mentranslasikan menjadi protein.
7) Jawabannya (C) karena glikolisis merupakan proses pengubahan glukosa menjadi asam
piruvat dan berangsung di sitosol.
8) Jawabannya (A) karena retikulum endoplasma adalah tempat sintesa dan transport
protein.
9) Jawabannya (A) karena fungsi utama badan golgi adalah untuk pemrosesan dan
pengepakan makromolekul yang disintesis di suatu kompartemen di dalam sel dan
ditransportkan kebagian lain dari sel.
10) Jawabannya (A) karena fungsinya penghancur atau pengurai organel-organel sel yang
sudah tidak diperlukan karena rusak atau jumlahnya berlebihan.

Tes 2
1) Jawaban (B) massa sel sebagian besar adalah air
2) Jawaban (A) Ikatan dalam molekul air
3) Jawaban (A) Sifat zat yang mudah larut air
4) Jawaban (A) biomolekul (karbohidrat,protein, lipid)
5) Jawaban (A) jalur pengubahan glukosa menjadi glukogen
6) Jawaban (A) unsur-unsur utama dari sel
7) Jawaban (A) Proses metabolisme dikendalikan oleh enzim sebagai biokatalisator
8) Jawaban (A) proses biosintesis
9) Jawaban (A) senyawa yang bermolekul besar diuraikan
10) Jawaban (A) contoh reaksi anabolisme

31

 Biokimia 

Daftar Pustaka

Alberts,B. Et al.2010. Moleculer Biology of the Cell. New York : Garland Publising.
Bogen, HJ.2009. Modern Biology. London : Weindenfeld Nicolson.,
Subowo. 2012. Biologi Sel. Bandung : Pencetak/Penerbit Elstar Offset.
Yatim W. 2013. Biology Modern. Bandung : Penerbit transito.
Yatim W.2010. Biology Sel. Bandung ; Penerbit Transito.

32

 Biokimia 

BAB II
KARBOHIDRAT

Dra. Mimin Kusmiyati, M.Si.

PENDAHULUAN

Karbohidrat ('hidrat dari karbon', hidrat arang) atau sakarida (dari bahasa Yunani
σάκχαρον, sákcharon, berarti "gula") adalah segolongan besar senyawa organik yang paling
melimpah di bumi. Karbohidrat sendiri terdiri atas karbon, hidrogen, dan oksigen.
Karbohidrat memiliki berbagai fungsi dalam tubuh makhluk hidup, terutama sebagai bahan
bakar (contoh glukosa), cadangan makanan (misalnya pati pada tumbuhan dan glikogen
pada hewan), dan materi pembangun (misalnya selulosa pada tumbuhan, kitin pada hewan
dan jamur). Pada proses fotosintesis, tetumbuhan hijau mengubah karbon dioksida menjadi
karbohidrat.

Secara biokimia, karbohidrat adalah polihidroksil-aldehida atau polihidroksil-keton,
atau senyawa yang menghasilkan senyawa-senyawa ini bila dihidrolisis. Karbohidrat
mengandung gugus fungsi karbonil (sebagai aldehida atau keton) dan banyak gugus
hidroksil. Pada awalnya, istilah karbohidrat digunakan untuk golongan senyawa yang
mempunyai rumus (CH2O)n, yaitu senyawa-senyawa yang n atom karbonnya tampak
terhidrasi oleh n molekul air. Namun demikian, terdapat pula karbohidrat yang tidak
memiliki rumus demikian dan ada pula yang mengandung nitrogen, fosforus, atau sulfur.

Di dalam tubuh makhluk hidup, karbohidrat mempunyai fungsi utama sebagai sumber
energi, namun di samping itu beberapa senyawa karbohidrat juga merupakan pembentuk
struktur tubuh, misalnya selulosa yang merupakan komponen utama dinding sel tumbuhan
dan chitin yang banyak ditemukan pada cangkang serangga dan dinding sel jamur.
Karbohidrat juga ditemukan pada setiap sel makhluk hidup yang berperan antara lain
sebagai alat komunikasi sel.

Karbohidrat mempunyai fungsi utama sebagai sumber energi dan pembentuk struktur
tubuh. Secara rinci, pokok bahasan yang akan kita diskusikan pada modul 2 ini meliputi
definisi, klasifikasi dan struktur karbohidrat. Selanjutnya, akan dibahas juga tentang ikatan
glikosidik, daya reduksi dan proses metabolisme karbohidrat.

Setelah mempelajari bab 2 ini dengan saksama, Anda diharapkan dapat menjelaskan
karbohidrat sebagai sebagai sumber energi dan pembentuk struktur tubuh serta proses
metabolismenya. Secara rinci, Anda diharapkan dapat menjelaskan :
1. definisi, klasifikasi, dan struktur karbohidrat
2. ikatan glikosidik
3. daya reduksi karbohidrat
4. metabolisme karbohidrat

33

 Biokimia 
Pengetahuan dan pemahaman Anda kimia organik akan sangat membantu ketika Anda
belajar tentang karbohidrat ini. Oleh karenanya, silakan pelajari lagi materi kimia organik
tersebut sebelum Anda mempelajari karbohidrat lebih jauh.
Bab tentang karbohidrat dapat digunakan untuk memahami tentang karbohidrat dari
mulai sebagai makromolekul sampai kepada reaksi atau perubahan kimia yang terjadi pada
senyawa-senyawa yang terdapat di dalam tubuh makhluk hidup.
Untuk memfasilitasi belajar mandiri Anda, materi dalam bab 2 ini dikemas dalam 2
(dua) topik, yaitu:
 Topik 1. Karbohidrat (definisi, klasifikasi, struktur, ikatan glikosidik, dan daya

reduksi karbohidrat)
 Topik 2. Metabolisme Karbohidrat

34

→  Biokimia 

Topik 1
Karbohidrat

Biomolekul adalah molekul-molekul atau senyawa-senyawa kimia yang berperan
dalam sistem kehidupan. Sebagian molekul merupakan molekul-molekul berukuran kecil/
mikro molekul dan sebagian lagi merupakan molekul-molekul berukuran besar termasuk
karbohidrat sebagai biomakro molekul.

Karbohidrat biasanya didefinisikan sebagai polihidroksi aldehida dan keton atau zat
yang dihidrolisis menghasilkan polihidroksi aldehida dan keton. Karbohidrat biasa disebut
juga karbon hidrat, hidrat arang, sacharon (sakarida) atau gula. Karbohidrat berarti karbon
yang terhidrat. Rumus umumnya adalah Cx(H2O)y. Karbohidrat dibuat oleh tanaman melalui
proses fotosintesis.

xCO2 + yH2O + energi Cx(H O2 )y + xO 2

Karbohidrat adalah senyawa karbonil alami dengan beberapa gugus hidroksil. Bahan
yang tergolong karbohidrat adalah gula (monosakarida) dan polimernya yaitu oligosakarida
dan polisakarida. Berdasarkan letak gugus karbonilnya, dapat dibedakan 2 jenis
monosakarida yaitu: aldosa yang gugus karbonilnya berada di ujung rantai dan berfungsi
sebagai aldehida dan ketosa yang gugus karbonilnya berlokalisasi di dalam rantai.

Molekul karbohidrat terdiri atas atom – atom karbon, hydrogen, dan oksigen. Jumlah
atom hidrogen dan oksigen merupakan perbandingan 2:1 seperti pada molekul air. Sebagai
contoh molekul glukosa mempunyai rumus kimia C6H12O6 sedangkan rumus sukrosa adalah
C12H22O11. Pada glukosa tampak bahwa jumlah atom hidrogen berbanding jumlah atom
oksigen ialah 12:6 atau 2:1, sedangkan pada sukrosa 22:11. Dengan demikian dahulu orang
berkesimpulan adanya air dalam karbohidrat. Karena inilah maka dipakai kata karbohidrat,
yang berasal dari “karbon” yang berarti mengandung unsur karbon dan “hidrat” yang berarti
air. Pada senyawa yang termasuk karbohidrat terdapat gugus fungsi yaitu gugus –OH, gugus
aldehid atau gugus keton. Struktur karbohidrat selain mempunyai hubungan dengan sifat
kimia yang ditentukan oleh gugus fungsi, ada pula hubungannya dengan sifat fisika, dalam
hal ini aktifitas optik.

35

 Biokimia 

Banyak sekali makanan yang kita makan sehari hari adalah sumber karbohidrat seperti:
nasi/beras, singkong, umbi-umbian, gandum, sagu, jagung, kentang, dan beberapa buah-
buahan lainnya, dan lain-lain.

Rumus umum karbohidrat yaitu Cn(H2O)m, sedangkan yang paling banyak kita kenal
yaitu glukosa: C6H12O6, sukrosa: C12H22O11, sellulosa: (C6H10O5)n

a. Klasifikasi Karbohidrat

1. Monosakarida
Monosakarida ialah gula ringkas dan merupakan unit yang paling kecil (yang tidak

dapat dipecahkan oleh hidrolisis asid kepada unit yang lebih kecil). Monosakarida terdiri atas
3-6 atom C. Beberapa molekul monosakarida mengandung unsur nitrogen dan sulfur.
Monosakarida yang penting dalam fisiologi ialah D-glukosa, D-galaktosa, D-fruktosa, D-
ribosa, dan D-deoksiribosa. Monosakarida digolongkan berdasarkan jumlah atom karbon
yang dikandungnya (triosa, tetrosa, pentosa, dan heksosa) dan gugus aktifnya, yang bisa
berupa aldehida atau keton. Ini kemudian bergabung, menjadi misalnya aldoheksosa dan
ketotriosa.

Gambar: Klasifikasi karbohidrat menurut lokasi gugus karbonil

Monosakarida mempunyai rumus kimia (CH2O)n di mana n=3 atau lebih. Jika gugus
karbonil pada ujung rantai monosakarida adalah turunan aldehida, maka monosakarida ini
disebut aldosa. Dan bila gugusnya merupakan turunan keton maka monosakarida tersebut
disebut ketosa. Monosakarida aldosa yang paling sederhana adalah gliseraldehida.
Sedangkan monosakarida ketosa yang paling sederhana adalah dihidroksiaseton.

Kedua monosakarida sederhana tersebut masing-masing mempunyai tiga atom karbon
(triosa). Monosakarida lain mempunyai empat atom karbon (tetrosa), lima atom karbon
(pentosa), dan enam atom karbon (heksosa). Heksosa, zat manis dan berbentuk kristalin,
adalah salah satu monosakarida terpenting. Beberapa contoh heksosa sehari-hari adalah
gula tebu, gula gandum, gula susu, pati, dan selulosa. Pentosa umum adalah ribosa yaitu
salah satu unit penyusun mononukleotida asam nukleat.

36

 Biokimia 

Gambar: Klasifikasi karbohidrat menurut jumlah atom C
Sifat-sifat monosakarida adalah :
1. Semua monosakarida zat padat putih, mudah larut dalam air.
2. Larutannya bersifat optis aktif.
3. Larutan monosakarida yang baru dibuat mengalami perubahan sudut putaran disebut

mutar rotasi.
4. Umumnya disakarida memperlihatkan mutar rotasi, tetapi polisakarida tidak.
5. Semua monosakarida merupakan reduktor sehingga disebut gula pereduksi.
6. Kebanyakan tidak berwarna, padat kristalin (manis).

Monosakarida dengan rumus umum C6H12O6, terdiri atas unit glukosa, fruktosa dan
galaktosa. Glukosa disebut juga gula darah. Galaktosa banyak terdapat dalam susu dan
yogurth. Fruktosa banyak ditemukan dalam buah-buahan dan madu.
2. Monosakarida
a. D-glukosa (karbohidrat terpenting dalam diet)

Glukosa adalah suatu aldoheksosa dan sering disebut dekstrosa karena mempunyai
sifat dapat memutar cahaya terpolarisasi ke arah kanan. Monosakarida ini mengandung lima
gugus hidroksil dan sebuah gugus aldehida yang dilekatkan pada rantai enam karbon. Fungsi
utama glukosa adalah sumber energi dalam sel hidup. Glukosa disebut juga gula anggur
karena terdapat dalam buah anggur, gula darah karena terdapat dalam darah atau dekstrosa
karena memutarkan bidang polarisasi kekanan. Glukosa merupakan monomer dari
polisakarida terpenting yaitu amilum, selulosa, dan glikogen. Glukosa merupakan senyawa
organik terbanyak terdapat pada hidrolisis amilum, sukrosa, maltosa, dan laktosa. Di alam,
glukosa terdapat dalam buah-buahan dan madu lebah.

37

 Biokimia 

Gambar: D-glukosa
(perhatikan bahwa glukosa mengalami siklisasi membentuk struktur cincin)

Tabe 1.3.1. Tingkat Kemanisan Beberapa Gula

b. D-fruktosa (termanis dari semua gula)
Fruktosa adalah suatu ketohektosa yang mempunyai sifat memutar cahaya

terpolarisasi ke kiri dan karenanya disebut juga levulosa. Fruktosa mengandung lima gugus
hidroksil dan gugus karbonil keton pada C-2 dari rantai enam-karbon. Molekul ini
kebanyakan berada dalam bentuk siklik.

Fruktosa terdapat dalam buah-buahan, merupakan gula yang paling manis. Bersama
dengan glukosa merupakan komponen utama dari madu.

Gambar: D-fruktosa (perhatikan bahwa fruktosa mengalami siklisasi
membentuk struktur cincin)
38

 Biokimia 
c. D-galaktosa (bagian dari susu)

Galaktosa merupakan monosakarida yang jarang terdapat bebas di alam. Umumnya
berikatan dengan glukosa dalam bentuk laktosa, yaitu gula yang terdapat dalam susu.
Galaktosa mempunyai rasa kurang manis dari pada glukosa dan kurang larut dalam air.
Galaktosa mempunyai sifat memutar bidang polarisasi kekanan.

Gambar: D-galaktosa
(perhatikan bahwa galaktosa mengalami siklisasi membentuk struktur cincin)

Gambar: Perbedaan pokok antara D-glukosa dan D-galaktosa
(perhatikan daerah berarsis lingkaran)

d. D-gliseraldehid (karbohidrat paling sederhana)
Karbohidrat ini hanya memiliki 3 atom C (triosa), berupa aldehid (aldosa) sehingga

dinamakan aldotriosa.

Gambar: D-gliseraldehid
(perhatikan bahwa gula ini hanya memiliki 3 atom C sehingga disebut paling sederhana)

39

 Biokimia 

e. D-ribosa (digunakan dalam pembentukan RNA)
Karena merupakan penyusun kerangka RNA maka ribosa penting artinya bagi genetika

bukan merupakan sumber energi. Jika atom C nomor 2 dari ribosa kehilangan atom O, maka
akan menjadi deoksiribosa yang merupakan penyusuna kerangka DNA.

Gambar: D-ribosa (perhatikan gula ini memiliki 5 atom C)
3. Penulisan Struktur Monosakarida
a. Proyeksi Fischer

Proyeksi Fischer sangat bermanfaat dalam penulisan struktur molekul gula
(monosakarida). Ada beberapa hal yang harus diperhatikan dalam penulisan proyeksi
Fischer. Proyeksi Fischer adalah penggambaran struktur 3-D dalam bentuk 2-D (dua
dimensi). Pada proyeksi Fischer rantai karbon ditulis dari atas kebawah, dimana gugus yang
paling tinggi prioritasnya diletakkan pada bagian atas. Setiap persilangan garis mengandung
satu atom karbon. Atom atau gugus atom di sebelah kiri dan kanan dari rantai karbon berarti
berada di bagian depan bidang (mengarah kedepan kearah pembaca) dan yang bagian atas
atau bawah dari atom karbon yang manjadi perhatian berada di belakang bidang (menjauhi
pembaca).

Gambar: Proyeksi Fischer dari D-glukosa
b. Proyeksi Haworth

Proyeksi Haworth ialah cara umum menggambarkan struktur lingkar monosakarida
dengan perspektif tiga dimensi sederhana. Proyeksi Haworth dinamai menurut kimiawan
Inggris Sir Walter N. Haworth.

40

 Biokimia 

Proyeksi Haworth memiliki ciri-ciri sebagai berikut
1) Karbon ialah jenis implisit atom. Dalam contoh di kanan, atom-atom yang diberi angka

1 hingga 6 semuanya atom karbon. Karbon 1 dikenal sebagai karbon anomer.
2) Atom hidrogen pada karbon itu implisit. Dalam contoh ini, atom 1 sampai 6 memiliki

atom hidrogen akstra yang tak digambarkan.
3) Garis yang dipertebal menandai atom yang lebih dekat ke pengamat. Dalam contoh ini

di kanan, atom 2 dan 3 (dan grup OH yang berhubungan) paling dekat ke pengamat,
atom 1 dan 4 lebih jauh dari pengamat dan akhirnya atom sisanya (5, dsb.) ialah yang
terjauh.

Gambar: Proyeksi Haworth atas struktur α-D-glukopiranosa

B. DISAKARIDA

Disakarida adalah senyawa yang terbentuk dari dua molekul monosakarida yang
sejenis atau tidak. Disakarida dapat dihidrolisis oleh larutan asam dalam air sehingga terurai
menjadi dua molekul monosakarida. Disakarida terdiri atas unit sukrosa, maltosa, laktosa
dan selobiosa. Keempat disakarida ini mempunyai rumus molekul sama (C12H22O11) tetapi
struktur molekulnya berbeda. Disakarida disusun oleh dua unit gula, seperti sukrosa disusun
oleh glukosa dan fruktosa, maltoda dibangun oleh dua unit glukosa, dan laktosa dibangun
oleh glukosa dan galaktosa. Disakarida-disakarida penting yaitu:

1. Sukrosa
Sukrosa ialah gula yang kita kenal sehari-hari, baik yang berasal dari tebu maupun dari

bit. Selain pada tebu dan bit, sukrosa terdapat pula pada tumbuhan lain, misalnya dalam
buah nanas dan dalam wortel. Dengan hidrolisis sukrosa akan terpecah dan menghasilkan
glukosa dan fruktosa. Sukrosa terbentuk dari ikatan glikosida antara karbon nomor 1 pada
glukosa dengan karbon nomor 2 pada fruktosa.

Gambar: Sukrosa (berbeda dengan maltosa dan laktosa,
ikatan yang menghubungkan kedua monosakarida adalah ikatan C1-2)

41

 Biokimia 

2. Laktosa
Laktosa merupakan hidrat utama dalam air susu hewan. Laktosa bila dihidrolisis akan

menghasilkan D-galaktosa dan D-glukosa, karena itu laktosa adalah suatu disakarida. Ikatan
galaktosa dan glukosa terjadi antara atom karbon nomor 1 pada galaktosa dan atom karbon
nomor 4 pada glukosa. Oleh karenanya molekul laktosa masih mempunyai gugus –OH
glikosidik. Dengan demikian laktosa mempunyai sifat mereduksi dan merotasi.

Gambar: β-laktosa
(ikatan antara kedua monosakarida merupakan ikatan C1-4)
3. Maltosa
Maltosa adalah suatu disakarida yang terbentuk dari dua molekul glukosa. Maltosa
terbentuk melalui ikatan glikosida α antara atom karbon nomor 1 dari glukosa satu dengan
atom karbon nomor 4 dari glukosa yang lain. Ikatan yang terjadi ialah antara atom karbon
nomor I dan atom karbon -nomor 4, oleh karenanya maltosa masih mempunyai gugus -OH
glikosidik dan dengan demikian masih mempunyai sifat mereduksi. Maltosa merupakan hasil
antara dalam proses, hidrolisis amilum dengan asam maupun dengan enzim.

Gambar: β-maltosa (ikatan antara kedua monosakarida merupakan ikatan C1-4. Atom C
nomor 1 yang tak berikatan dengan glukosa lain dalam posisi beta)

4. Selobiosa
Selobiosa merupakan unit ulangan dalam selulosa. Selobiosa tersusun dari dua

monosakarida glukosa yang berikatan glikosida β antara karbon 1 dengan karbon 4.

C. POLISAKARIDA

Polisakarida merupakan kelas karbohidrat yang mempunyai lebih daripada delapan
unit monosakarida. Pada umumnya polisakarida mempunyai molekul besar dan lebih
kompleks daripada monosakarida dan oligosakarida. Polisakarida dapat dihidrolisis menjadi

42

 Biokimia 

banyak molekul monosakarida. Polisakarida yang terdiri atas satu macam monosakarida saja
disebut homopolisakarida (contohnya kanji, glikogen dan selulusa), sedangkan yang
mengandung senyawa lain disebut heteropolisakarida (contohnya heparin).

Rumus kimia polisakarida adalahn (C6H10O5)n. Molekul ini dapat digolongkan menjadi
polisakarida struktural seperti selulosa, asam hialuronat, dan sebagainya. Dan polisakarida
nutrien seperti amilum (pada tumbuhan dan bakteri), glikogen (hewan), dan paramilum
(jenis protozoa).

Umumnya polisakarida berupa senyawa berwarna putih dan tidak berbentuk kristal,
tidak mempunyai rasa manis dan tidak mempunyai sifat mereduksi. Berat molekul
polisakarida bervariasi dari beberapa ribu hingga lebih dari satu juta. Polisakarida yang dapat
larut dalam air akan membentuk larutan koloid. Beberapa polisakarida yang penting di
antaranya ialah amilum, glikogen, dekstrin dan selulosa. Amilum polisakarida ini terdapat
banyak di alam, yaitu pada sebagian besar tumbuhan. Amilum atau dalam bahasa sehari-hari
disebut pati terdapat pada umbi, daun, batang dan biji-bijian.

Polisakarida adalah senyawa dalam mana molekul-molekul mengandung banyak
satuan monosakarida yang disatukan dengan ikatan gukosida. Polisakarida memenuhi tiga
maksud dalam sistem kehidupan sebagai bahan bangunan, bahan makanan dan sebagai zat
spesifik. Polisakarida bahan bangunan misalnya selulosa yang memberikan kekuatan pada
kayu dan dahan bagi tumbuhan, dan kitin, komponen struktur kerangka luar serangga.

Polisakarida makanan yang lazim adalah pati (starch pada padi dan kentang) dan
glikogen pada hewan. Sedangkan polisakarida zat spesifik adalah heparin, satu polisakarida
yang mencegah koagulasi darah.

Contoh polisakarida adalah:

1. Amilum
Amilum terdiri dari dua macam polisakarida, yaitu amilosa dan amilopektin. Kedua-

duanya merupakan polimer glukosa. Amilosa terdiri atas 250-3000 unit D-glukosa.
Sedangkan amilopektin terdiri atas lebih dari 1000 unit glukosa. Unit glukosa amilosa
dirangkaikan dalam bentuk linier oleh ikatan glikosida α (1 4). Amilosa mempunyai ujung non
reduksi dan ujung reduksi. Berat molekulnya bervariasi dari beberapa ratus sampai 150.000.
Amilopektin adalah polisakarida bercabang. Dalam molekul ini, rantai pendek dari rangkaian
glikosida α (1 4) unit glukosa digabungkan dengan rangkaian glikosida lain melalui ikatan
glikosida α (1 6).

43

 Biokimia 

Gambar: Struktur amilosa (perhatikan bahwa amilosa tidak bercabang)

Gambar: Struktur amilopektin (bandingkan dengan amilosa)
2. Asam Healuronik

Asam healuronik merupakan mukopolisakarida (heteropolisakarida) yaitu suatu
senyawa gelatin dengan berat molekul tinggi. Asam hialuronik disusun oleh unit asam
glukuronik dan asetil-glukosamin. Dua monosakarida berbeda tersebut dirangkaikan oleh
ikatan β(1 3) untuk membentuk disakarida yang terikat β(1 4) dengan unit ulangan
berikutnya.
3. Glikogen

Glikogen merupakan bentuk cadangan glukosa pada sel-sel hewan dan manusia yang
disimpan di hati dan otot sebagai granula. Glikogen merupakan polimer α-1 dari glukosa dan
umumnya mempunyai ikatan cabang α-1,6 untuk setiap satuan glukosa.

44

 Biokimia 

Gambar: Struktur glikogen (bandingkan dengan amilum)
Polisakarida lain yang dihasilkan oleh sel-sel eukariot adalah
1. Glikoprotein

Glikoprotein adalah protein yang mengandung polisakarida. Karbohidrat ini terikat
pada protein melalui ikatan glikosidik- ke serin, treonin, hidrosilisin atau hidroksiprolin.
Glikoprotein ialah suatu protein yang mengikat unit karbohidrat dengan ikatan kovalen.
Struktur ini memainkan beberapa peran penting di antaranya dalam proses proteksi
imunologis, pembekuan darah, pengenalan sel-sel, serta interaksi dengan bahan kimia lain.

Gambar: Glikoprotein
2. Mukopolisakarida

Proteoglikan atau mukopolisakarida terdiri atas rantai protein dengan polisakarida
berulang. Mukopolisakarida adalah suatu materi tipis, kental, menyerupai jelly, dan melapisi
sel.

45

 Biokimia 

Gambar: Stuktur dari mukopolisakarida
3. Glikosaminoglikan

Glikosaminoglikan adalah satuan berulang polisakarida proteoglikan tanpa rantai
proteinnya.

4. Oligosakarida
Oligosakarida ialah kelas karbohidrat yang mengandungi dua hingga delapan unit

monosakarida. Setiap unit monosakarida ini dihubungkan oleh ikatan glikosida.
Oligosakarida dapat digolongkan menjadi kumpulan disakarida, trisakarida, dan seterusnya
menurut bilangan unit monosakarida yang terdapat dalam molekulnya.

D. PERAN DAN FUNGSI KARBOHIDRAT

1. Peran Karbohidrat
a. Peran dalam biosfer

Fotosintesis menyediakan makanan bagi hampir seluruh kehidupan di bumi, baik
secara langsung maupun tidak langsung. Organisme autotrof seperti tumbuhan hijau,
bakteri, dan alga fotosintetik memanfaatkan hasil fotosintesis secara langsung. Sementara
itu, hampir semua organisme heterotrof, termasuk manusia, benar-benar bergantung pada
organisme autotrof untuk mendapatkan makanan.

Pada proses fotosintesis, karbon dioksida diubah menjadi karbohidrat yang kemudian
dapat digunakan untuk mensintesis materi organik lainnya. Karbohidrat yang dihasilkan oleh
fotosintesis ialah gula berkarbon tiga yang dinamai gliseraldehida 3-fosfat. Senyawa ini
merupakan bahan dasar senyawa-senyawa lain yang digunakan langsung oleh organisme
autotrof, misalnya glukosa, selulosa, dan pati.
b. Peran sebagai bahan bakar dan nutrisi

Karbohidrat menyediakan kebutuhan dasar yang diperlukan tubuh makhluk hidup.
Monosakarida, khususnya glukosa, merupakan nutrien utama sel. Misalnya, pada vertebrata,

46

 Biokimia 

glukosa mengalir dalam aliran darah sehingga tersedia bagi seluruh sel tubuh. Sel-sel tubuh
tersebut menyerap glukosa dan mengambil tenaga yang tersimpan di dalam molekul
tersebut pada proses respirasi selular untuk menjalankan sel-sel tubuh. Selain itu, kerangka
karbon monosakarida juga berfungsi sebagai bahan baku untuk sintesis jenis molekul organik
kecil lainnya, termasuk asam amino dan asam lemak.

Selain sebagai sumber energi, karbohidrat juga berfungsi untuk menjaga
keseimbangan asam basa di dalam tubuh dan berperan penting dalam proses metabolisme
dalam tubuh, serta pembentuk struktur sel dengan mengikat protein dan lemak.

c. Peran sebagai cadangan energi
Beberapa jenis polisakarida berfungsi sebagai materi simpanan atau cadangan, yang

nantinya akan dihidrolisis untuk menyediakan gula bagi sel ketika diperlukan. Pati
merupakan suatu polisakarida simpanan pada tumbuhan. Tumbuhan menumpuk pati
sebagai granul atau butiran di dalam organel plastid, termasuk kloroplas. Dengan
mensintesis pati, tumbuhan dapat menimbun kelebihan glukosa. Glukosa merupakan bahan
bakar sel yang utama, sehingga pati merupakan energi cadangan.

Sementara itu, hewan menyimpan polisakarida yang disebut glikogen. Manusia dan
vertebrata lainnya menyimpan glikogen terutama dalam sel hati dan otot. Penguraian
glikogen pada sel-sel ini akan melepaskan glukosa ketika kebutuhan gula meningkat. Namun
demikian, glikogen tidak dapat diandalkan sebagai sumber energi hewan untuk jangka waktu
lama. Glikogen simpanan akan terkuras habis hanya dalam waktu sehari kecuali kalau
dipulihkan kembali dengan mengonsumsi makanan.

d. Peran sebagai materi pembangun
Organisme membangun materi-materi kuat dari polisakarida struktural. Misalnya,

selulosa ialah komponen utama dinding sel tumbuhan. Selulosa bersifat seperti serabut, liat,
tidak larut di dalam air, dan ditemukan terutama pada tangkai, batang, dahan, dan semua
bagian berkayu dari jaringan tumbuhan. Kayu terutama terbuat dari selulosa dan
polisakarida lain, misalnya hemiselulosa dan pektin. Sementara itu, kapas terbuat hampir
seluruhnya dari selulosa.

Polisakarida struktural penting lainnya ialah kitin, karbohidrat yang menyusun
kerangka luar (eksoskeleton) arthropoda (serangga, laba-laba, crustacea, dan hewan-hewan
lain sejenis). Kitin murni mirip seperti kulit, tetapi akan mengeras ketika dilapisi kalsium
karbonat. Kitin juga ditemukan pada dinding sel berbagai jenis fungi. Sementara itu, dinding
sel bakteri terbuat dari struktur gabungan karbohidrat polisakarida dengan peptida, disebut
peptidoglikan. Dinding sel ini membentuk suatu kulit kaku dan berpori membungkus sel yang
memberi perlindungan fisik bagi membran sel yang lunak dan sitoplasma di dalam sel.

Karbohidrat struktural lainnya yang juga merupakan molekul gabungan karbohidrat
dengan molekul lain ialah proteoglikan, glikoprotein, dan glikolipid. Proteoglikan maupun
glikoprotein terdiri atas karbohidrat dan protein, namun proteoglikan terdiri terutama atas
karbohidrat, sedangkan glikoprotein terdiri terutama atas protein. Proteoglikan ditemukan
misalnya pada perekat antarsel pada jaringan, tulang rawan, dan cairan sinovial yang

47

 Biokimia 

melicinkan sendi otot. Sementara itu, glikoprotein dan glikolipid (gabungan karbohidrat dan
lipid) banyak ditemukan pada permukaan sel hewan. Karbohidrat pada glikoprotein
umumnya berupa oligosakarida dan dapat berfungsi sebagai penanda sel. Misalnya, empat
golongan darah manusia pada sistem ABO (A, B, AB, dan O) mencerminkan keragaman
oligosakarida pada permukaan sel darah merah.

2. Fungsi Karbohidrat
Fungsi utama karbohidrat sebagai sumber energi ( 1 gram karbohidrat menghasilkan 4

kalori ) bagi kebutuhan sel-sel jaringan tubuh. Sebagian dari karbohidrat diubah langsung
menjadi energi untuk aktifitas tubuh, dan sebagian lagi disimpan dalam bentuk glikogen di
hati dan otot. Ada beberapa jaringan tubuh seperti sistem syaraf dan eritrosit hanya dapat
menggunakan energi yang berasal dari karbohidrat saja.
1. Menjaga dan mempertahankan kerja sel-sel otak, dan lensa mata.
2. Mengatur proses metabolisme tubuh.
3. Menjaga keseimbangan asam dan basa.
4. Membentuk struktur sel, jaringan dan organ tubuh.
5. Membantu penyerapan kalsium khusus karbohidrat dari jenis laktosa.
6. Melindungi protein agar tidak terbakar sebagai penghasil energi.
7. Membantu metabolisme lemak dan protein, dengan demikian dapat mencegah

terjadinya ketosis dan pemecahan protein yang berlebihan.
8. Di dalam hepar berfungsi untuk detoksifikasi zat-zat toksik tertentu.
9. Beberapa jenis karbohidrat mempunyai fungsi khusus di dalam tubuh. Ribosa

merupakan komponen yang penting dalam asam nukleat.
10. Selain itu beberapa golongan karbohidrat yang tidak dapat dicerna,mengandung serat

(dietary fiber) berguna untuk pencernaan, seperti selulosa, pektin dan lignin.

2. Beberapa Sifat Kimia Karbohidrat

a. Sifat Mereduksi
Monosakarida dan beberapa disakarida mempunyai sifat dapat mereduksi terutama

dalam suasan basa. Sifat sebagai reduktor ini dapat digunakan untuk keperluan identifikasi
karbohidrat maupun analisis kuantitatif. Sifat mereduksi ini disebabkan oleh adanya gugus
aldehida atau keton bebas dalam molekul karbohidrat. Sifat ini tampak pada reaksi reduksi
ion-ion logam misalnya ion Cu 2+ dan ion Ag+ yang terdapat pada pereaksi-pereaksi tertentu

b. Pembentukan Furfural
Dalam larutan asam yang encer, walaupun dipanaskan, monosakarida umumnya stabil.

Tetapi apabila dipanaskan dengan asam kuat yang pekat, monosakarida menghasilkan
furfural atau derivatnya. Reaksi pembentukan furfural ini adalah reaksi dehidrasi atau
pelepasan molekul air dari suatu senyawa.

Pentosa-pentosa hampir secara kuantitatif semua terdehidrasi menjadi furfural.
Dengan dehidrasi heksosa-heksosa menghasilkan hidroksimetilfurfural. Oleh karena furfural

48

 Biokimia 

dan derivatnya dapat membentuk senyawa yang berwarna apabila direaksikan dengan naftol
atau timol, reaksi ini dapat digunakan sebagai reaksi pengenal karbohidrat.

c. Pembentukan Osazon
Semua karbohidrat yang mempunyai gugus aldehid atau keton bebas akan membentuk

osazon bila dipanaskan bersama fenilhidrazina berlebih. Osazon yang terjadi mempunyai
bentuk kristal dan titik lebur yang khas bagi masing-masing karbohidrat. Hal ini sangat
penting karena dapat digunakan untuk mengidentifikasi karbohidrat dan merupakan salah
satu cara untuk membedakan beberapa monosakarida, misalnya antara glukosa dan
galaktosa yang terdapat dalam urine wanita dalam masa menyusui.

d. Pembentukan Ester
Adanya gugus hidroksil pada karbohidrat memungkinkan terjadinya ester apabila

direaksikan dengan asam. Monosakarida mempunyai beberapa gugus –OH dan dengan asam
fosfat. Ester yang penting dalam tubuh kita adalah α – D glukosa-6-fosfat dan –D-fruktosa-
1,6-difosfat. Kedua jenis ester ini terjadi dari reaski monosakarida dengan adenosintrifosfat
(ATP) dengan bantuan enzim tertentu dalam tubuh kita. Proses esterifikasi dengan asam
fosfat yang berlangsung dalam tubuh kita disebut juga proses fosforilasi. Pada glukosa dan
fruktosa, gugus fosfat dapat terikat pada atom karbon nomor 1,2,3,4 atau 6. Pada α – D
glukosa-6-fosfat, gugus fosfat terikat pada atom nomor 6, sedangkan pada danα –D-
fruktosa-1,6-difosfat dua gugus fosfat terikat pada atom karbon nomor 1 dan 6.

e. Isomerisasi
Kalau dalam larutan asam encer monosakarida dapat stabil, tidak demikian halnya

apabila monosakarida dilarutkan dalam basa encer. Glukosa dalam larutan basa encer akan
berubah sebagai menjadi fruktosa dan manosa. Ketiga monosakarida ini ada dalam keadaan
keseimbangan. Demikian pula apabila yang dilarutkan itu fruktosa atau manosa,
keseimbangan antara ketiga monosakarida akan tercapai juga. Reaksi ini dikenal sebagai
transformasi Lobry de Bruon van Eckenstein yang berlangsung melalui proses enosisasi.

f. Pembentukan Glikosida
Apabila glukosa direaksikan dengan metil alkohol, menghasilkan dua senyawa. Kedua

senyawa ini dapat dipisahkan satu dari yang lain dan keduanya tidak memiliki sifat aldehid.
Keadaan ini membuktikan bahwa yang menjadi pusat reaski adalah gugus –OH yang terikat
pada atom karbon nomor 1. Senyawa yang terbentuk adalah suatu asetal dan disebut secara
umum glikosida. Ikatan yang terjadi antara gugus metil dengan monosakarida disebut ikatan
glikosida dab gugus –OH yang bereaksi disebut gugus –OH glikosidik.

g. Rumus Fischer
Seperti senyawa organik lainnya, molekul karbohidrat terbentuk dari rantai atom

karbon dan tiap atom karbin mengikat atau gugus tertentu. Apabila atom karbon mengikat
empat buah atom atau gugus, maka terbentuk sudut antara dua ikatan yang besarnya 1090C

49

 Biokimia 

LATIHAN

Untuk memperdalam pemahaman Anda mengenai materi di atas, kerjakanlah latihan
berikut!
1) Jelaskan fungsi karbohidrat sebagai pereduksi !
2) Jelaskan fungsi karbohidrat sebagai pembentukan glikosida
3) Jelaskan yang dimaksud dengan Oligosakarida !

Petunjuk Jawaban Latihan

1) Monosakarida dan beberapa disakarida mempunyai sifat dapat mereduksi terutama
dalam suasana basa. Sifat sebagai reduktor ini dapat digunakan untuk keperluan
identifikasi karbohidrat maupun analisis kuantitatif. Sifat mereduksi ini disebabkan
oleh adanya gugus aldehida atau keton bebas dalam molekul karbohidrat. Sifat ini
tampak pada reaksi reduksi ion-ion logam misalnya ion Cu 2+ dan ion Ag+ yang
terdapat pada pereaksi-pereaksi tertentu

2) Apabila glukosa direaksikan dengan metil alkohol, menghasilkan dua senyawa. Kedua
senyawa ini dapat dipisahkan satu dari yang lain dan keduanya tidak memiliki sifat
aldehid. Keadaan ini membuktikan bahwa yang menjadi pusat reaksi adalah gugus –OH
yang terikat pada atom karbon nomor 1. Senyawa yang terbentuk adalah suatu asetal
dan disebut secara umum glikosida. Ikatan yang terjadi antara gugus metil dengan
monosakarida disebut ikatan glikosida dab gugus –OH yang bereaksi disebut gugus –
OH glikosidik.

3) Oligosakarida ialah kelas karbohidrat yang mengandungi dua hingga delapan unit
monosakarida. Setiap unit monosakarida ini dihubungkan oleh ikatan glikosida.
Oligosakarida dapat digolongkan menjadi kumpulan disakarida, trisakarida, dan
seterusnya menurut bilangan unit monosakarida yang terdapat dalam molekulnya.

RINGKASAN

Biomolekul adalah molekul/senyawa kimia yang berperan dalam sistem kehidupan.
Sebagian berukuran kecil/mikromolekul dan sebagian lagi berukuran besar/makromolekul.
Karbohidrat termasuk golongan biomakromolekul.

Berdasarkan jumlah monomernya, karbohidrat dibagi menjadi tiga golongan besar
yaitu monosakarida (senyawa karbohidrat yang tidak dapat diuraikan lagi menjadi senyawa
karbohidrat yang lebih sederhana, oligosakarida (senyawa karbohidrat yang jika dihidrolisis
akan menghasilkan beberapa molekul monosakarida) dan polisakarida (senyawa karbohidrat
yang tersusun dari banyak residu monosakarida).

Rumus bangun karbohidrat dapat digambarkan/dituliskan dengan berbagai cara
seperti proyeksi Fischer dan Hawort. Sifat dari beberapa senyawa karbohidrat memiliki sifat
daya reduksi yang disebabkan oleh gugus aldehida bebas di dalam molekulnya,sedangkan
ketosa tidak memiliki daya reduksi.

50